PowerFET(功率管) – EM分析工具: Polas、R3D和Magwel

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背景

PowerFET(功率管)作为电源管理类集成电路的核心器件,大电流和低导通电阻(Rdson)是它的两大设计指标,此外,在部分高压电源管理类集成电路中还会有耐高压的指标需求,当然ESD(静电防护)能力和Latchup(闩锁效应)免疫能力也是PowerFET(功率管)的重要设计指标。

针对PowerFET(功率管)的大电流和低导通电阻的两大设计指标,大部分设计工程师会通过后仿确定导通电阻但却无法进行工作电流的分析,有条件的公司会采用EM分析工具同时进行工作电流和导通电阻的仿真和分析。现在来看,使用后仿工具来确定,技术上还存在一些局限性:

1.后仿工具不支持multiple PAD;

2.后仿工具不支持串入bonding wire寄生电阻;

3.比较老版本的后仿工具无法将一个finger长度的MOS管分段处理。

这三个方面的技术局限性会很大程度的影响电源管理类集成电路的设计精度,如导通电阻(Rdson)的设计指标超出设计范围,如Voltage Sense的设定点和Current limit的设定点无法精确选取影响Voltage Sense和Current Limit的精度。除此以外,常规的后仿工具无法进行精确的EM分析,尽管市面上已经有很多针对Chip level的EM和IR Drop分析工具,但是这些产品仍然无法满足PowerFET的EM分析要求。

鉴于后仿工具的技术局限性的存在,SiliconFrontline的R3D和Magwel的PTM应运而生,最近也有看到华大九天的EM分析工具Polas和MPS合作的新闻,在当前这种国际形势下,期望华大九天的Polars能够迎难而上,更好的助力国产半导体集成电路的发展。

华大九天Polas

国内唯一能够提供集成电路设计中从前端设计、仿真到后端版图设计、验证的EDA厂商。

1.Rdson提取

图源:Semiwiki
Rdson分析报告
1)从bonding wire到diffusion每一层的电阻清晰可见;
2)drian端电阻和source端电阻分别显示;
3)器件等效电阻,连线电阻,bonding wire电阻统统收录。

2.EM/IR drop分析

图源:Semiwiki
EM分析报告
1)以map的方式清晰显示每一层金属和通孔的电流密度,方便查找hot spot
2)标注电流方向,没看到同类产品有类似功能
3)与版图窗口实时交互显示,方便设计人员检查

3.Gate RC Delay分析

图源:Semiwiki
Gate Delay分析报告
PowerFET的Gate Delay在开关电源设计中非常关键,Gate Delay处理不好,会造成PowerFET无法同步开启,而常规后仿工具无法轻松实现Gate Delay的后仿真

4.Noise Coupling分析

图源:Semiwiki
Noise Coupling分析报告
PowerFET中Gate to Drain和Gate to Sourc的寄生电容,常规后仿工具能够轻送提取,Polas的这个功能没有试用过,不作评价。

基于以上四个方面的功能, Polas能够满足PowerFET设计过程中大部分的设计需求,不清楚Polas未来是否会加持如ESD网络分析,Body Diode器件的提取与EM分析, 端到端的连线电阻的提取。(未使用过Polas, 如已集成类似功能,请联系EnSemi更新本段内容)

Silicon Frontline R3D

Silicon Frontline始建于2007年,专攻EM分析软件,最近几年相继推出了ESD分析和Thermal分析的工具,也提供端到端电阻分析工具,其网站主页声称有70多家客户,且不乏TI,ST-Micro, Bosch等老牌世界级电源厂商。

图源:Silicon Frontline

Magwel PTM

Magwel始建于2003年,和Silicon Frontline一样专攻EM分析软件,除此以外,还提供ESD分析,Thermal分析,端到端电阻分析和电磁场的分析等工具, 其网站可以看到Onsemi, ADI等世界级电源厂商用户。

图源:Magwel

针对PowerFET EM分析工具,R3D和Magwel属于业内主流,且都有世界级电源厂商加持,Polas作为国产EDA厂商,基于当前的国际形势,我们更应该支持它做大做强,期望更多的半导体公司选择使用Polas,这样将会形成一个良性循环,更多的用户,更直接的需求,更快的帮助Polas改善性能和增加新功能。

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